两性聚合粒子与高分子聚合物体系的自组装

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eyeknee1
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
软物质物理是一重要的科学研究领域,与人们的生活息息相关。软物质物理的研究介于宏观和微观间的介观尺度上,是以多体相互作用为主的一类复杂系统,又称为“复杂流体”(complex fluid)。系统的自组织行为是软物质物理研究中的重要方向,包括高分子、胶体、液晶以及生物膜等各种复杂系统。本文研究的对象是两性聚合粒子/高分子聚合物的混合系统。我们系统的研究了两性聚合粒子的掺杂对胶束形貌的影响,以及不对称两性粒子浓度增加时其在支撑膜上结构排布的变化。在理论方法上,我们用自洽场理论(SCFT)处理高分子聚合物和密度泛函理论(DFT)处理两性聚合粒子。该研究对于我们理解复杂系统的自组织行为、理解生物体内的一些相关现象是非常有帮助的。  第一章,我们介绍了软物质的特性、调控有序结构的手段以及一些典型的软物质。首先讲述了软物质与硬物质在自由能的贡献上的区别,一个是熵作为能量的构成主体,另外一个是焓作为能量的主要部分。其次,我们详细的介绍了软物质有序结构调控的手段,包括受限,衬底诱导,环境诱导和掺杂等。最后,我们介绍了软物质领域中常见的几种类型:高分子,胶体,表面活性剂以及生物膜。通过这章的介绍,我们将对软物质物理的研究对象有所了解。  第二章,我们简单介绍了软物质研究中几种常用的理论研究方法。我们推演了高分子链的自由连接链模型,明确了它是高斯模型。接着,我们主要介绍了自洽场理论(SCFT)和密度泛函理论(DF)。自洽场理论用于高分子体系的研究是高效的,其理论结果和实验现象非常吻合。它的优点是能够将多体相互作用简化为场与单体的相互作用,还能考虑到高分子链的构象熵。同时,自洽场理论是一种平均场理论,有其理论上的局限性。再次,密度泛函理论对胶体粒子的描述是一种有效的手段,它能够将粒子的空间体积排斥作用考虑在内。通过这两个理论的结合,人们在处理胶体/聚合物的体系上有了一条新的理论途径。最后,我们推导了密度泛函理论来描述两性二聚物粒子的过程。通过本章的学习,我们在理论上获得了一条可行的路径去研究两性粒子/高分子的混合系统。  第三章,结合自洽场和密度泛函理论,我们系统地研究了由双亲粒子(具有不同亲疏水性的两球)引起的二嵌段共聚物胶束的形变。粒子因具有双亲性而能在胶束表面聚集。我们首先考虑了对称的双亲粒子的情况。当其浓度增加时,胶束的形状从最初的圆形变成椭圆形,然后到哑铃结构最后分裂成为两个胶束。接着我们对不对称粒子的情况做了研究。当亲水组分比疏水组分大,我们发现胶束更加喜欢形成哑铃结构,原因可以归结于不对称粒子本身所具有的特定的空间几何效应。当疏水组分比亲水组分大时,我们观察到两嵌段共聚物倾向于聚集在疏水部分周围,形成多个胶束。该工作有助于我们对细胞中存在的形变和分裂等现象的进一步理解。  第四章,我们结合自洽场理论和密度泛函理论,研究了不对称的二聚物粒子在AB两嵌段共聚物形成的支撑膜上的自组织行为。不对称的二聚物是由两个不同的球组成的两性分子。其中一个球与A嵌段相亲,另外一个喜欢B嵌段。不对称粒子能在膜上形成一个双层结构。由于支撑板的存在,所形成的支撑膜上下两叶的对称性被破坏,从而导致了二聚物粒子在膜上每叶上形成的结构也变的不对称。随着二聚物粒子浓度的增加,在膜平面上的二聚物粒子的结构将发生变化,从稀四方,六角,密四方再到圆柱结构。在一个高浓度的密堆积下,二聚物粒子将形成一个弯曲的圆柱结构。我们确信,在支撑膜上二聚物粒子的结构是受两嵌段共聚物的熵,系统的焓和空间体积排斥作用的共同影响下形成的。  第五章,我们对现有的工作做了一个总结,并对以后可能的工作做了一个展望。
其他文献
在现代半导体工业中,由于光波长的限制,传统的光刻蚀技术在器件设计上逐渐达到了其尺寸极限。进一步减小特征尺寸以获得更高的分辨率变得非常困难而且成本高昂。嵌段共聚物刻蚀
本文利用超薄液层电化学沉积技术制备平直、低分叉率且具有纳米尺寸周期结构的钴线阵列。钴线上的纳米周期结构来源于超薄电化学沉积过程中自发的电流/电压振荡。本文关注线
二维纳米材料是目前材料领域研究的热点。相比较于传统的体相材料,二维纳米材料表现出奇特的物理性质和化学性质。目前,二维纳米材料在医药、航空、能源、电子信息等领域具有巨大的应用潜力。众所周知,材料自身特征决定了它的应用前景。因此,有效地了解二维纳米材料的基本特征至关重要。本文基于密度泛函理论的第一性原理对三种新型二维纳米材料,包括二维氧化钼(MoO_2)、二维砷烯(Arsenene)和锑烯(Antim
学位
绝缘氧化物SrTiO3(STO)和相关薄膜之间的外延界面表现出很多很有趣的性质,包括准二维电子气,低温超导,以及磁性等等。但是这些性质在块材中却并不会出现。近年来薄膜沉积和表征
生物与环境中的金属元素与人类的健康密切相关。人体内很多重要生理机能是通过金属离子实现的,而人类健康又会受到环境中一些金属元素的威胁。这些生物效应的产生往往取决于金
论文围绕多频带天线,讨论了两个方面的研究内容:双频高增益海事卫星天线的研究和基于SRR的三阻带特性的超宽带天线的研究。在双频段高增益的圆极化海事卫星天线研究方面,主要完
本论文报告了我对超导约瑟夫森结量子器件中宏观量子现象的研究。主要包括以下内容:  在第一章中,我首先介绍了约瑟夫森结物理的相关知识。然用介绍了超导约瑟夫森结构造量
生物大分子是构成生命体的物质基础,并参与了生命活动的每一个过程。这些构建生命体的生物大分子主要包括:脱氧核糖核酸(DNA),核糖核酸(RNA),蛋白质,以及多糖,等等。蛋白质作为生
本论文以FePd合金纳米线阵列作为研究对象,并对材料的制备方法、形貌及磁性能进行了分析研究。文中探索了硅衬底阳极氧化铝模板的制作工艺,以及以此模板电沉积自由站立FePd纳
去年12月,第九届杭锡苏宁四城特级教师工作室联谊活动在南京召开。活动中,我作了《今天,我们怎样教民间传说》的专题讲座,比较详细地介绍了我的民间传说课程的教学策略和课程